Morphology of the male reproductive system and the spermatozoa in Nepomorpha and Cimicomorpha (Heteroptera)

A caracterização morfológica do sistema reprodutor e dos espermatozoides tem sido reconhecida como uma fonte de caracteres para análises taxonômicas e filogenéticas. Tal caracterização tem se mostrado uma importante ferramenta na elucidação de questões da biologia reprodutiva e sistemática de diversos grupos de insetos. Nesse contexto, descrevemos, usando as microscopias de luz e eletrônica de transmissão, a morfologia do sistema reprodutor e dos espermatozoides de Martarega bentoi (Notonectidae) e Ornithocoris pallidus (Cimicidae), contribuindo com dados relevantes para a sistemática e biologia reprodutiva destas famílias, bem como para Heteroptera em geral. Os testículos de M. bentoi, possuem dois folículos espiralados e forma de caracol. A disposição lado a lado de cistos com células germinativas nas diferentes fases da espermatogênese pode ser uma característica do gênero Martarega. Cada feixe contém 64 espermatozoides, medindo aproximadamente 2.800 μm. Os espermatozoides exibem características observadas, até o momento, apenas nesta espécie: (1) acrossomo extremamente longo, com duas regiões; (2) base do núcleo terminando abruptamente com duas cavidades onde estão inseridas os derivados mitocondriais. Os espermatozoides de M. bentoi possui derivados mitocondriais bastante assimétricos e exibem duas inclusões paracristalinas e pontes ligando-os ao axonema. Entre as espécies de Notonectidae observadas até o momento, algumas características parecem ser exclusivas de M. bentoi, por exemplo, o número de espermatozoides por cisto, o tamanho do espermatozoide, a assimetria em tamanho e forma dos derivados mitocondriais e a inserção destes na base do núcleo. No segundo capítulo descrevemos o sistema reprodutor e espermatozoides de O. pallidus. Cada um dos dois testículos tem sete folículos, os quais se esvaziam de espermatozoides após a maturação sexual, quando as vesículas seminais se tornam totalmente cheias de espermatozoides. Os espermatozoides de O. pallidus exibem ultraestrutura bastante semelhante àquela de outras espécies proximamente relacionadas à Cimicidae, nos levando a supor que, aparentemente, a inseminação traumática não exerceu qualquer pressão seletiva sobre a morfologia dessas células. Contudo a sua produção em grande quantidade e restrita à fase de maturação sexual dos machos nos parece ter relação à condição hematofágica do cimicídeos. Ainda, a uniformidade morfométrica observada nos espermatozoides dessa espécie pode ser decorrente do alto risco de competição espermática somada às condições inóspitas da cavidade hemocélica da fêmea. Com base em todos os dados apresentados, podemos concluir que o sistema reprodutivo masculino e os espermatozoides dessas duas espécies estudadas, mostraram características comuns aos demais Heteroptera, outras comuns às espécies mais próximas e, ainda, algumas que, até então, são exclusivas à cada uma dessas espécies. Essas informações podem contribuir para esclarecer questões da biologia reprodutiva e sistemática desses grupos de insetos.The morphological characterization of the reproductive system and the spermatozoa has been recognized as a source to taxonomic and phylogenetic analysis. This characterization corresponds an important tool in the elucidation of questions of the reproductive biology and systematic of several groups of insects. In this context, using light and transmission electron microscopy we described the morphology of the male reproductive system and the spermatozoa of Martarega bentoi (Notonectidae) and Ornithocoris pallidus (Cimicidae), contribution in the systematic of these two families and in general to Heteroptera. The testes of M. bentoi have two spiral format follicles and are snail shape. The side-by-side arrangement of the germinative cells in different phases of the spermatogenesis may be a characteristic of the Martarega genus. Each bundle contains 64 sperm, measuring approximately 2,800 μm. The spermatozoa exhibit characteristics observed so far only in this species: 1) extremely long acrosome with two regions; 2) base of the nucleus ending abruptly with two cavities where the mitochondrial derivatives are inserted. The spermatozoa of M. bentoi have rather asymmetric mitochondrial derivatives and exhibit two paracrystalline inclusions and bridges linking them to the axoneme. Among the species Notonectidae observed to date, some characteristics appear to be unique to M. bentoi, for example, the number of spermatozoa per cyst size of the sperm, the asymmetry in size and shape of mitochondrial derivatives and their insertion in the base of the nucleus. In the second chapter we describe the reproductive system and spermatozoa of O. pallidus. Each testicle has seven follicles which become empty of reproductive cells after sexual maturation of the male, and then the vesicles have full of sperm cells. The spermatozoa of O. pallidus show ultrastructure similar with other related species with Cimicidae, which leading us to suppose that apparently the traumatic insemination does not selective pressure in the morphology of these cells. However, the production in big quantity of spermatozoa and its restriction at the sexual maturation phase seem be related with the hematophagic condition of the cimicids. Moreover, the morphometric uniformity of the spermatozoa observed in this species may bedue to the high risk of the sperm competition, and in addition to the inhospitable condition into the female hemocellic cavity. In base at the data presented, we can conclude that the male reproductive system and the spermatozoa of the four species studied exhibited common characters with the other Heteroptera, some ones common to the nearest species, and others ones that until then are unique to each species. This information can contribute to clarify issues of reproductive biology ans systematics of these groups of insects